Thử nghiệm nứt ứng suất môi trường (ESC)

Vết nứt do ứng suất môi trường (ESC) của polyme là dạng hư hỏng do đứt gãy xảy ra do tiếp xúc với ứng suất cơ học và sự hiện diện của một hóa chất bắt đầu giảm ứng suất.

Khi thiết kế các bộ phận từ polyme, phải tính đến vết nứt do ứng suất môi trường (ESC). Các biến số về độ thấm có ảnh hưởng mạnh mẽ đến vết nứt do ứng suất, điều này phải được xem xét khi thiết kế bộ phận và lựa chọn vật liệu. Các polyme khác nhau có xu hướng nứt do ứng suất môi trường khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào mức độ kết tinh của chúng.

Quá trình xử lý nhựa ảnh hưởng đến độ kết tinh. Việc giảm nhiệt độ và thời gian xử lý cũng như làm nguội hoặc làm nguội nhanh ở cuối quá trình sản xuất sẽ làm giảm hàm lượng tinh thể, do đó làm tăng hàm lượng vô định hình. Nếu quá trình làm nguội quá nhanh, ứng suất dư sẽ phát triển trong các bộ phận làm giảm khả năng chống nứt do ứng suất môi trường của chúng. Việc tăng trọng lượng phân tử của polyme làm giảm độ kết tinh của nó và tăng khả năng chống nứt do ứng suất. Xích dài hơn có độ bền kéo cao hơn, tức là khả năng chịu tải.

Hiệu ứng nứt do ứng suất môi trường của hóa chất đối với polyme có thể được đo bằng cách cho polyme tiếp xúc với hóa chất trong các điều kiện mong muốn. Các đặc tính kéo của mẫu tiếp xúc sau đó được đo. Bất kỳ sự mất đi độ giãn dài và độ bền kéo nào đều cho thấy vết nứt do ứng suất môi trường.

Tóm lại, khả năng của polyme chống lại sự phát triển vết nứt chậm hoặc vết nứt do ứng suất môi trường được gọi là vết nứt do ứng suất môi trường (ESC). Các polyme khác nhau thể hiện mức độ nứt do ứng suất môi trường khác nhau. Một số có khả năng chống nứt do ứng suất môi trường rất tốt, trong khi một số khác có độ linh hoạt cận biên.

Vết nứt do ứng suất môi trường là một ví dụ về sự suy thoái vật liệu do tác động đồng thời của ứng suất và tác dụng hóa học. Vật liệu hóa học không gây ra bất kỳ sự phân hủy hóa học nào của polyme nhưng lại đẩy nhanh quá trình hình thành vết nứt giòn vĩ mô. Tương tự, điện áp đặt vào thường thấp hơn mức có thể gây hư hỏng cơ học cho vật liệu. Tuy nhiên, khi tác động hiệp lực của chúng kết hợp với nhau sẽ gây ra thất bại về tài chính.

Vết nứt do ứng suất môi trường xảy ra ở các polyme vô định hình như polystyrene (PS) và polyvinyl clorua (PVC), nhưng cũng xảy ra ở một số loại nhựa nhiệt dẻo bán tinh thể như polyetylen (PE), polypropylen (PP) và polybutylene (PB). Cấu trúc vô định hình của polyme tạo điều kiện cho sự khuếch tán dung môi cần thiết cho quá trình hư hỏng xảy ra.

Các ứng suất gây ra nứt môi trường hiện nay là do xử lý nhiệt như gia công nguội, hàn và mài, hoặc có thể được tác dụng từ bên ngoài trong quá trình sử dụng và phải chịu kéo (chứ không phải nén) mới có hiệu quả.

Các vết nứt hình thành và lan truyền theo các góc gần như vuông góc với hướng của ứng suất kéo, ở mức ứng suất thấp hơn nhiều so với mức ứng suất cần thiết để làm gãy vật liệu khi không có môi trường ăn mòn. Khi vết nứt thâm nhập sâu hơn vào vật liệu, nó sẽ làm giảm mặt cắt ngang hỗ trợ của vật liệu đến mức cấu trúc bị hỏng do quá tải.

Quá trình thử nghiệm vết nứt ứng suất môi trường (ESC) bao gồm việc áp dụng một ứng suất đã biết lên polyme trong các điều kiện thử nghiệm và cho polyme tiếp xúc với môi trường nứt ứng suất môi trường có liên quan. Trong các phòng thí nghiệm tiên tiến, một chương trình thử nghiệm được thiết kế để đánh giá hiệu suất của vật liệu khi tiếp xúc với cả tác nhân gây nứt ứng suất sơ cấp và thứ cấp.

Một số chất giảm căng thẳng được thử nghiệm là: sơn, chất kết dính, chất tẩy rửa, chất bôi trơn, chất làm dẻo, mực, bình xịt khí dung, chất lỏng phát hiện rò rỉ, tinh chất trái cây và dầu thực vật.

Các tiêu chuẩn quốc tế chính dựa trên các thử nghiệm nứt do ứng suất môi trường (ESC) là:

• “ASTM D543-20 Tiêu chuẩn thực hành để đánh giá khả năng kháng thuốc thử hóa học của nhựa”. Các ứng dụng này bao gồm việc đánh giá tất cả các vật liệu nhựa, bao gồm các sản phẩm nhựa đúc, đúc nóng, đúc nguội, nhiều lớp và vật liệu tấm, về khả năng kháng thuốc thử hóa học. Ba quy trình được trình bày trong tiêu chuẩn này. Hai trong số này đang được thử nghiệm ngâm, một trong số đó đang được thử nghiệm dưới áp suất cơ học và tiếp xúc với thuốc thử trong các điều kiện tiêu chuẩn hóa của điện áp ứng dụng. Các ứng dụng này bao gồm các hướng dẫn báo cáo những thay đổi về trọng lượng, kích thước, hình thức, màu sắc, độ bền và các tính chất cơ học khác.
• “ISO 22088-3 Nhựa - Xác định khả năng chống nứt do ứng suất môi trường (ESC) - Phần 3: Phương pháp kéo sợi”. Tiêu chuẩn này mô tả phương pháp thử để xác định khả năng chống nứt do ứng suất môi trường (ESC) của nhựa nhiệt dẻo khi chịu ứng suất uốn không đổi khi có mặt hóa chất. Vết nứt do ứng suất môi trường được biểu thị bằng sự thay đổi đặc tính biểu thị được lựa chọn thích hợp của các mẫu bị ứng suất trong một khoảng thời gian trong môi trường. Phương pháp thử này phù hợp để xác định độ bền của các tấm và mẫu thử phẳng, đặc biệt là độ nhạy cảm của các diện tích bề mặt cục bộ của mẫu đối với vết nứt do ứng suất môi trường.

Các dịch vụ kiểm tra vết nứt ứng suất môi trường (ESC) nằm trong số rất nhiều nghiên cứu thử nghiệm, đo lường, phân tích và đánh giá do tổ chức của chúng tôi cung cấp cho các doanh nghiệp.